地区：上海市 宝山区
关键词：上海交通大学;吉林大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000001303
成果描述：
| 该项目属于生物学领域，微生物生物化学学科。微生物酶高效作用机制及分子设计是生物学领域的热点和前沿课题，不仅能加深课题组对生物体内复杂生物化学反应过程的理解，也有利于构建新功能酶，为新材料、能源及医药等产品的生物制造提供解决方案。该项目组在过去九年中，围绕生化前沿性科学问题，对重要微生物酶开展深入研究，取得了系列原创性成果。微生物酶具有功能及进化多样性特点，但还未从“序列-结构-功能”等多维度上阐明其作用机制及进化规律。该项目整合生物信息学、结构生物学及生物化学等多学科交叉技术，在原子及分子水平上发现氨基酸残基、亚结构组成等对酶活性中心催化微环境及催化功能的控制因素，提出了糖苷酶新的“Glu-His-Glu”三联体高效催化机制新假说，这有别于通用的“Glu-Glu”二联体机制，揭示了糖苷酶超家族多样化的催化机理；确定了对酶稳定性有重要影响的多层次结构单元，提出了“酶活性中心稳定化”的新理论和技术。著名杂志Prog Lipid Res综述文章中进行了引用和评述(代表性引文1)。设计自然界中尚未进化、具有高效催化能力的新功能酶，还缺乏有效的理论指导及技术路径。该项目从残基、区域及结构域重组等多层面开展分子设计，提出了“关键区域点突变化”和“远缘结构域杂合化”的高效分子进化新理念，建立“活性中心重塑”的酶活性调控策略，实现了内酯酶与磷酸三酯酶、酯酶/肽酶等催化谱系的催化功能转换；建立了糖苷酶家族跨物种“多功能结构域模块组装”协同策略，实现了内切纤维素酶对结晶底物水解功能的“跃迁式进化”。康奈尔大学Helbling教授在为Curr Opin Biotechnol撰写在综述中将课题组的工作列为特别兴趣引文(of specialinterest)，并给予了高度评价(代表性引文7)。调控酶在非生理条件下对非天然底物的催化反应，长期以来缺少有效的理论和技术指导。该项目将优化酶本身结构与环境因子相结合，建立了蛋白质工程/溶剂工程联用策略，创制了具有高催化活性及特定催化谱系的进化酶库，提升了酶在手性药物中间体2-辛醇拆分、高分子聚己内酯合成等有机相复杂体系中的催化能力；该项目还将酶分子进化理念从单酶体系引入到微生物多酶复杂体系中，创立了亲本原生质体灭活后再融合的全基因组重排策略，实现了乳酸菌耐酸性及L-乳酸产量的双提升。相关工作被Chem. Rev.等顶尖期刊综述正面引用，指出应用突变酶进行催化在有机合成用具有重要的应用前景。该项目20篇代表性论文发表在Nucleic Acids Res、J Biol Chem、J Am Chem Soc等有影响力的国际学术期刊，被他引346次；获得国家发明专利16项。 |
